CN110511321A - 一种改性多糖聚合物、制备方法及其应用 - Google Patents

一种改性多糖聚合物、制备方法及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种改性多糖聚合物、制备方法及其应用，所述改性多糖聚合物各反应物的质量百分比为：硅酸盐改性剂10‑15％、胺基改性剂10‑20％、多糖聚合物30‑45％、马来酸酐5‑15％、引发剂0.05‑0.3％以及醇水混合溶剂20‑35％。改性多糖聚合物及其制备方法，过程简单效率高，综合性能优异，抗温抗盐能力强，环保易生物降解，且制得的改性多糖聚合物有多种用途，不仅可以作为油田开采中钻井液和完井液的主要组分，还可以在织造和造纸行业中做施胶剂，以及钢铁冶炼行业中做模具胶粘剂。

Description

一种改性多糖聚合物、制备方法及其应用
技术领域
本发明属于化学助剂技术领域，具体涉及一种改性多糖聚合物、制备方法及其应用。
背景技术
随着钻井工业的发展和进步，深井和超深井越来越普遍，钻井过程中，由于温度升高、盐侵或者钙侵、固相含量增加以及钻井液处理剂失效等原因，会致使钻井液粘度、切力大幅提高，严重时会导致井下复杂。因此，钻/完井液维护过程中需要添加降粘剂；目前钻井液降粘剂包括栲胶类、木质素类以及合成聚合物类。栲胶类抗温行能力优秀但抗盐抗钙能力差；木质素类曾经用量最多，但是其使用时要求pH值较高，还易引起钻井液发泡，而且村子重金属污染问题，已经很少使用；合成聚合物类是应用较广的一类降粘剂，不仅可以有效降低粘切，还不会增加钻井液滤失量。此外，对于储层段，油层保护要求日益突出；井壁稳定性是整个钻井过程中的重点；钻/完井液处理剂的抗温、抗盐性能的要求提高，环保生物降解等要求越来越严格。因此，综合性能优异的钻/完井液降粘剂产品有待进一步研究。
多糖聚合物是织造和造纸行业中做施胶剂的一种主要原料，多糖聚合物的形变能力差，硬脆性强塑性低，且粘结力不足，作用在纸张或者纱体表面容易脱落，耐磨性能有限。因此，对多糖聚合物进行接枝改性的研究有待进一步提高。
多糖聚合物的改性产品在钢铁行业中模具粘结剂领域应用较广，用量较多的是糊化淀粉，其加量较大，且抗温性能有限，有必要进行进一步研究，提高粘结力和抗温性能。
因此，有必要发明一种改性多糖聚合物、制备方法及其应用以解决上述问题。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提供一种改性多糖聚合物、制备方法及其应用，其制作过程简单，综合性能优异，抗温抗盐能力强，并且能够满足目前严格的环保要求。
为达到以上目的，本发明采用的技术方案是：
一种改性多糖聚合物，所述改性多糖聚合物各反应物的质量百分比为：硅酸盐改性剂10-25％、胺基改性剂15-25％、多糖聚合物30-45％、马来酸酐5-15％、引发剂0.05-0.3％以及醇水混合溶剂20-35％。
进一步的，所述硅酸盐改性剂包括硅酸钠、硅酸钾和偏硅酸钠中至少一种。
进一步的，所述胺基改性剂包括一乙醇胺和N-(3-氨基丙基)甲基丙烯酸盐中至少一种。
进一步的，所述多糖聚合物包括淀粉、羧甲基纤维素、硬葡聚糖中至少一种。
进一步的，所述醇水混合溶剂是由蒸馏水和乙醇组成的混合物，各质量百分比为蒸馏水30-50％，乙醇40-70％。
本发明采用的另一种技术方案是：一种改性多糖聚合物的制备方法，所述方法包括以下步骤：
(1)将醇水混合溶剂加入高速共混釜中，边搅拌边加入多糖聚合物、胺基改性剂和马来酸酐，搅拌30min，使反应物溶解，多糖聚合物糊化；
(2)将硅酸盐改性剂加入(1)中，搅拌混合均匀后，加入引发剂，在氮气保护下，在50-70℃下搅拌2-4小时进行接枝聚合反应；
(3)反应结束，出料，即得到改性多糖聚合物产品。
进一步的，所述制备过程中各反应物的质量百分比分别为：
硅酸盐改性剂10-25％、胺基改性剂15-25％、多糖聚合物30-45％、马来酸酐5-15％、引发剂0.05-0.3％以及醇水混合溶剂20-35％。
本发明采用的另一种技术方案是：一种改性多糖聚合物的应用，所述改性多糖聚合物可以作为油田开采中的钻井液和完井液主要组分。
本发明采用的另一种技术方案是：一种改性多糖聚合物的应用，所述改性多糖聚合物可以应用于织造和造纸行业中做施胶剂。
本发明采用的另一种技术方案是：一种改性多糖聚合物的应用，所述改性多糖聚合物可以应用于钢铁冶炼行业中做模具胶粘剂。
本发明的效果在于，本发明制作过程简单，综合性能优异，抗温抗盐能力强，并且能够满足目前严格的环保要求。
附图说明
图1为所述方法一实施例的流程示意图。
具体实施方式
为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案作进一步的详细描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，均属于本发明保护的范围。
一种改性多糖聚合物，各反应物的质量百分比为：硅酸盐改性剂10-25％、胺基改性剂15-25％、多糖聚合物30-45％、马来酸酐5-15％、引发剂0.05-0.3％以及醇水混合溶剂20-35％。
优选的，所述硅酸盐改性剂包括硅酸钠、硅酸钾和偏硅酸钠中至少一种。
优选的，所述胺基改性剂包括一乙醇胺和N-(3-氨基丙基)甲基丙烯酸盐中至少一种。
优选的，所述多糖聚合物包括淀粉、羧甲基纤维素、硬葡聚糖中至少一种。
优选的，所述醇水混合溶剂是由蒸馏水和乙醇组成的混合物，各质量百分比为蒸馏水30-50％，乙醇40-70％。
区别于现有技术特征，本发明提供的改性多糖聚合物是一种新型多功能材料，进行了分子结构设计，先通过分散聚合工艺生成胺基-多糖聚合物-马来酸接枝共聚物，再用硅酸盐进行改性制备而成的无机/有机复合产品。改性多糖聚合物产品一直作为抗盐型降滤失剂在油田广泛应用，本发明对多糖聚合物进行接枝反应，在多糖聚合物分子链上接枝胺基，胺基是强吸附基团，由于胺基和多糖聚合物的多羟基的强吸附作用，使得改性多糖聚合物更容易与黏土作用，改善泥饼质量；接枝马来酸引入阴离子型基团，分散性能和抗温性能明显提高；改性多糖聚合物具有较好的成膜性，可以再将比上形成吸附膜，阻止自由水向井壁渗透；用于钻井液中可以有效降低钻井液滤失量，做降滤失剂。-NH2基团不仅具有强吸附作用，还是阳离子基团，可以对黏土矿物(带负电)进行电性中和，压缩扩散双电层，另外-NH2基团同K+相似，且其半径K+接近，可以插入粘土晶层间并吸引晶层，进一步抑制粘土水化膨胀、分散作用，加上阴离子型基团的去水化作用，可以阻止自由水与黏土表面接触，提高黏土颗粒的抗剪切强度，用于钻井液中起到抑制作用，做抑制剂。分子链上接枝硅酸盐，硅酸盐可以拆散高分子链之间的氢键，使得高分子链有效伸展，阻碍网状结构的形成，从而起到降粘的作用，用于钻井液中起到抑制作用，做降粘剂。
硅酸盐溶于水呈强碱性，可以糊化多糖聚合物，不需要额外加碱处理，硅酸盐水溶液俗称水玻璃，具有较好的成膜性。多糖聚合物水溶液具有较高的粘性，两者都是比较常用的施胶剂和粘结剂。单独使用硅酸盐和多糖聚合物，存在柔性低脆性强，且黏结力不足的缺点。将多糖聚合物与硅酸盐和胺基进行接枝改性，在多糖聚合物分子链上引入强吸附基团-NH2，可以增加与织物或者纸张等的表面作用力，提高粘结性，胺基改性剂是较好的增塑剂，可以有效提高多糖聚合物的塑性，降低脆性，不容易脱胶。可用于织造和造纸行业中做施胶剂，和钢铁冶炼行业中做模具胶粘剂。
参阅图1，图1是本发明所述方法一实施例的流程示意图。
一种改性多糖聚合物制备方法，包括以下步骤：
步骤101：将醇水混合溶剂加入高速共混釜中，边搅拌边加入多糖聚合物、胺基改性剂和马来酸酐，搅拌30min，使反应物溶解，多糖聚合物糊化。
步骤102：将硅酸盐改性剂加入(1)中，搅拌混合均匀后，加入引发剂，在氮气保护下，在50-70℃下搅拌2-4小时进行接枝聚合反应。
步骤103：反应结束，出料，即得到改性多糖聚合物产品。
需要强调的是，各反应物的质量百分比为：硅酸盐改性剂10-25％、胺基改性剂15-25％、多糖聚合物30-45％、马来酸酐5-15％、引发剂0.05-0.3％以及醇水混合溶剂20-35％。
实施例1
(1)将100kg蒸馏水、150kg乙醇加入高速共混釜中，边搅拌边加入350kg淀粉、184kg一乙醇胺和65kg马来酸酐，搅拌30min，使反应物溶解，多糖聚合物糊化；
(2)将150kg硅酸钠加入(1)中，搅拌混合均匀后，加入1kg引发剂，在氮气保护下，在50℃下搅拌4小时进行接枝聚合反应；
(3)反应结束，出料，即得到改性多糖聚合物产品。
实施例2
(1)将120kg蒸馏水、180kg乙醇加入高速共混釜中，边搅拌边加入300kg甲基葡糖糖苷、100kg N-(3-氨基丙基)甲基丙烯酸盐和100kg马来酸酐，搅拌30min，使反应物溶解，多糖聚合物糊化；
(2)将198kg硅酸钾加入(1)中，搅拌混合均匀后，加入2kg引发剂，在氮气保护下，在60℃下搅拌3小时进行接枝聚合反应；
(3)反应结束，出料，即得到改性多糖聚合物产品。
实施例3
(1)将80kg蒸馏水、120kg乙醇加入高速共混釜中，边搅拌边加入400kg硬葡聚糖、150kg N-(3-氨基丙基)甲基丙烯酸盐和147kg马来酸酐，搅拌30min，使反应物溶解，多糖聚合物糊化；
(2)将100kg偏硅酸钠加入(1)中，搅拌混合均匀后，加入3kg引发剂，在氮气保护下，在70℃下搅拌2.5小时进行接枝聚合反应；
(3)反应结束，出料，即得到改性多糖聚合物产品。
表1改性多糖聚合物的性能指标
从以上数据分析可看出，本发明提供的改性多糖聚合物具有良好的综合性能，抗温、抗盐性能也十分突出。
区别于现有技术，本发明提供的一种改性多糖聚合物制备方法简单，反应条件温和且工艺操作简便，生产能耗低等优点。
一种改性多糖聚合物的应用，所述改性多糖聚合物可以作为油田开采中的钻井液和完井液主要组分。
另一种改性多糖聚合物的应用，所述改性多糖聚合物可以在织造和造纸行业中做施胶剂。
另一种改性多糖聚合物的应用，所述改性多糖聚合物可以在钢铁冶炼行业中做模具胶粘剂。
区别于现有技术特征，该改性多糖聚合物抗温至180℃，抗饱和盐，无毒易降解。有在水基钻/完井液中做降滤失剂、封堵剂、抑制剂和降粘剂，以及织造和造纸行业中做施胶剂，和钢铁冶炼行业中做模具胶粘剂等用途。
本领域技术人员应该明白，本发明所述的改性多糖聚合物、制备方法及其应用并不限于具体实施方式中所述的实施例，上面的具体描述只是为了解释本发明的目的，并非用于限制本发明。本领域技术人员根据本发明的技术方案得出其他的实施方式，同样属于本发明的技术创新范围，本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种改性多糖聚合物，其特征在于，所述改性多糖聚合物各反应物的质量百分比为：硅酸盐改性剂10-25％、胺基改性剂15-25％、多糖聚合物30-45％、马来酸酐5-15％、引发剂0.05-0.3％以及醇水混合溶剂20-35％。
2.根据权利要求1所述一种改性多糖聚合物，其特征在于，所述硅酸盐改性剂包括硅酸钠、硅酸钾和偏硅酸钠中至少一种。
3.根据权利要求1所述一种改性多糖聚合物，其特征在于，所述胺基改性剂包括一乙醇胺和N-(3-氨基丙基)甲基丙烯酸盐中至少一种。
4.根据权利要求1所述一种改性多糖聚合物，其特征在于，所述多糖聚合物包括淀粉、羧甲基纤维素、硬葡聚糖中至少一种。
5.根据权利要求1所述一种改性多糖聚合物，其特征在于，所述醇水混合溶剂是由蒸馏水和乙醇组成的混合物，各质量百分比为蒸馏水30-50％，乙醇40-70％。
6.根据权利要求1-5任意一项所述一种改性多糖聚合物的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)将醇水混合溶剂加入高速共混釜中，边搅拌边加入多糖聚合物、胺基改性剂和马来酸酐，搅拌30min，使反应物溶解，多糖聚合物糊化；
(2)将硅酸盐改性剂加入(1)中，搅拌混合均匀后，加入引发剂，在氮气保护下，在50-70℃下搅拌2-4小时进行接枝聚合反应；
(3)反应结束，出料，即得到改性多糖聚合物产品。
7.根据权利要求6所述一种改性多糖聚合物的制备方法，其特征在于，所述制备过程中各反应物的质量百分比分别为：
硅酸盐改性剂10-25％、胺基改性剂15-25％、多糖聚合物30-45％、马来酸酐5-15％、引发剂0.05-0.3％以及醇水混合溶剂20-35％。
8.根据权利要求1-5任意一项所述一种改性多糖聚合物的应用，其特征在于，所述改性多糖聚合物可以作为油田开采中的钻井液和完井液主要组分。
9.根据权利要求1-5任意所述一种改性多糖聚合物的应用，其特征在于，所述改性多糖聚合物可以应用于织造和造纸行业中做施胶剂。
10.根据权利要求1-5任意所述一种改性多糖聚合物的应用，其特征在于，
所述改性多糖聚合物可以应用于钢铁冶炼行业中做模具胶粘剂。
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